鄭明清 黃明祥 于 淼 曾劍峰 孫 強(qiáng)

(環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029)

生物物種信息平臺建設(shè)進(jìn)展研究

鄭明清 黃明祥 于 淼 曾劍峰 孫 強(qiáng)*

(環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029)

信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速擴(kuò)張，為生物多樣性信息的收集、存儲、提交、檢索、分析、傳播和使用帶來了革命性的發(fā)展。生物多樣性數(shù)據(jù)和信息服務(wù)的內(nèi)容逐步從單一的名錄數(shù)據(jù)庫建設(shè)轉(zhuǎn)向?yàn)槎鄬W(xué)科交叉的綜合信息服務(wù)平臺。本文結(jié)合國家生物多樣性保護(hù)專項(xiàng)，在介紹國內(nèi)外主流生物多樣性信息平臺建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了我國現(xiàn)有平臺存在的問題，并對下一步如何完善和推進(jìn)平臺應(yīng)用進(jìn)行探討。

生物多樣性信息，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)平臺，信息化

當(dāng)前，世界各國信息化快速發(fā)展，以寬帶、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和智慧城市為重點(diǎn)的信息化建設(shè)，正在對人類社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、生活提高、治國理政的模式產(chǎn)生根本性、全局性的影響，沖擊全球。信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速擴(kuò)張，例如，虛擬化存儲、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和開放性數(shù)據(jù)共享平臺，為生物多樣性信息的收集、存儲、提交、檢索、分析、傳播和使用帶來了革命性的發(fā)展（Paton,2009）。

生物多樣性信息學(xué)指利用信息技術(shù)，對生物有機(jī)體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和算法的探究、分析和解釋，主要關(guān)注單個有機(jī)體、居群和分類群以及它們的相互關(guān)系，尤其是在物種水平上的應(yīng)用（王利松等，2010）。自1992年環(huán)境與發(fā)展大會召開以來，各國政府、從事生物多樣性保護(hù)的科研單位和國際組織普遍提高了對生物多樣性信息收集和管理的重視程度，設(shè)計(jì)開發(fā)了大量的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)站，嘗試建立《生物多樣性公約》所要求的資料交換所機(jī)制，或者提供生物多樣性研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為保護(hù)的決策行動提供了科學(xué)的支持，為全球范圍內(nèi)的生物多樣性保護(hù)和履行《生物多樣性公約》做出了巨大貢獻(xiàn)。生物多樣性數(shù)據(jù)和信息服務(wù)的內(nèi)容逐步從單一的名錄數(shù)據(jù)庫建設(shè)轉(zhuǎn)向?yàn)榉诸悓W(xué)、系統(tǒng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和生物地理學(xué)等多學(xué)科交叉的，海量多源數(shù)據(jù)挖掘、分析、建模、存儲、集成和發(fā)布的綜合信息服務(wù)平臺（許哲平等，2010）。

作為世界上生物多樣性最為豐富的12個國家之一，我國在生物多樣性網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)和軟件平臺開發(fā)應(yīng)用方面做了大量工作，為生物物種多樣性信息化建設(shè)打下了基礎(chǔ)。但在系統(tǒng)應(yīng)用推進(jìn)過程中也存在一些亟待解決的問題。為優(yōu)化環(huán)保部生物物種資源管理平臺建設(shè)，環(huán)保部信息中心對互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)生物多樣性信息平臺進(jìn)行了調(diào)研，對平臺方面遇到的共性問題進(jìn)行了歸納，并對下一步如何完善和推進(jìn)平臺應(yīng)用進(jìn)行了思考。

1．國際生物多樣性信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀

目前，生物多樣性信息系統(tǒng)的建設(shè)越來越呈現(xiàn)出百花齊放的景象。世界各國及國際組織根據(jù)自己的特長和特色，建立了形式多樣的信息系統(tǒng)。據(jù)生物多樣性信息學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（Biodiversity Information Standards）網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，截至2014年5月22日，涉及生物多樣性信息學(xué)研究的項(xiàng)目即有685個（www.tdwg.org/biodivprojects/）。生物多樣性信息平臺的爆發(fā)式增長，使得大量數(shù)字化的物種編目、標(biāo)本館標(biāo)本、多媒體影像、研究文獻(xiàn)等生物多樣性基礎(chǔ)信息可以通過互聯(lián)網(wǎng)檢索和利用（王利松等，2010），為我們未來在全球范圍內(nèi)共享生物多樣性數(shù)據(jù)和信息，協(xié)同調(diào)查與監(jiān)測野外生物多樣性動態(tài)變化提供了有力支撐。

國際上對生物多樣性數(shù)據(jù)庫非常重視，最早的分類學(xué)數(shù)據(jù)庫可以追溯到20世紀(jì)70年代美國弗吉尼亞海洋科學(xué)研究所開發(fā)的Biota of Chesapeake Bay數(shù)據(jù)庫和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織開發(fā)的Description Language for Taxonomy系統(tǒng)。目前國際上比較著名的生物多樣性信息平臺有：

物種數(shù)據(jù)庫（www.unep-wcmc.org）包括了世界受威脅樹木名錄、受威脅動物紅色名錄、世界受威脅植物和北極鳥類書庫等數(shù)據(jù)庫。植物部分的工作開始于1995年，截至到1998年共收錄了136000個分類單元的記錄，內(nèi)容包括學(xué)名、俗名、同物異名、全球受威脅程度、分布國家和地區(qū)及受威脅程度、CITES附錄等級數(shù)據(jù)。

國際物種信息系統(tǒng)（www.worldzoo.org）是一個全球范圍的關(guān)于城市動物園和水族館飼養(yǎng)動物信息的聯(lián)合體，共有54個國家的500多個組織參加。它的數(shù)據(jù)庫收集了各動物園和水族館所飼養(yǎng)的活的動物信息。目前它保存了6000余個物種、250000個個體以及750000個親體的信息，可以聯(lián)網(wǎng)查詢每一個物種現(xiàn)在的飼養(yǎng)數(shù)量、性別、出生數(shù)量和地點(diǎn)，為瀕危物種遷地保護(hù)、野外滅絕物種的保存和野外釋放提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。

世界資源研究所（www.wri.org）提供了全球生物多樣性論壇的信息，同時它還提供了生物多樣性基礎(chǔ)性知識，如生物多樣性的定義和重要性、自然資源與生物多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)和生境、文化多樣性、森林資源、海岸和海洋資源、生物群區(qū)管理、全球生物多樣性策略等。在這個網(wǎng)站上還有生物多樣性受威脅信息和保護(hù)指南、圖片和出版物，以及WRI履行《生物多樣性公約》活動的信息。

全球生物多樣性信息網(wǎng)絡(luò)（www.gbif.org）是目前全球最大的，由多國政府支持的生物多樣性信息服務(wù)機(jī)構(gòu)，其主要任務(wù)是通過合作和種子基金等途徑促進(jìn)生物多樣性原始數(shù)據(jù)的共享，將世界上現(xiàn)存的生物多樣性數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)整合在一起，形成一個面向全世界用戶的關(guān)于全球生物多樣性的綜合性信息服務(wù)系統(tǒng)。

2．國內(nèi)生物多樣性信息平臺建設(shè)現(xiàn)狀

我國生物多樣性研究具有良好的基礎(chǔ)，中國科學(xué)院、環(huán)保部、國家林業(yè)局、農(nóng)業(yè)部、教育部、國家海洋局等單位在生物多樣性研究及其相關(guān)領(lǐng)域都有長期的工作積累，并有一支素質(zhì)較高、結(jié)構(gòu)合理的研究隊(duì)伍。20 世紀(jì)五六十年代開始開展大規(guī)模的生物多樣性調(diào)查，調(diào)查成果為植被志、植物志和動物志等各類志書的編寫奠定了基礎(chǔ)；90 年代以來又對重點(diǎn)地區(qū)、重要類型資源展開調(diào)查，研究了瀕危等級評價體系，完成了野生動植物物種瀕危等級評價，開展了生態(tài)系統(tǒng)瀕危等級示范評價；在遷地、就地保護(hù)方面也取得了重要進(jìn)展；發(fā)布了一系列相關(guān)保護(hù)規(guī)劃等文件。上述大量的生物多樣性及其相關(guān)領(lǐng)域的信息為中國生物多樣性信息系統(tǒng)的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1 物種名稱索引類信息平臺

物種2000中國節(jié)點(diǎn)（www.sp2000.cn/joacn/index. php/）是國際物種2000項(xiàng)目的一個地區(qū)節(jié)點(diǎn)，是由中國科學(xué)院生物多樣性委員會支持建設(shè)，包括動物界，細(xì)菌界，色素界，植物界，原生動物界，病毒界六類物種名錄信息。其年度名錄通過門戶網(wǎng)站的集中數(shù)據(jù)

實(shí)現(xiàn)，動態(tài)名錄通過各個機(jī)構(gòu)支持的分布式數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。在物種2000中國節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)站上，還提供全球生物物種名錄的鏡像數(shù)據(jù)庫，通過中英文界面為用戶提供全球的物種名錄信息。物種2000中國節(jié)點(diǎn)自2008年開始，每年編輯并正式發(fā)布中國生物物種名錄，中國也因此成為目前唯一一個正式發(fā)布、定期更新生物物種名錄的國家。

中國生物多樣數(shù)字圖書館（www.bhl-china. org/bhl/）是國際生物多樣性歷史文獻(xiàn)數(shù)字圖書館（Biodiversity Heritage Library，BHL）中國節(jié)點(diǎn)。BHL于2005年建立，迄今已經(jīng)在全球建立BHLUSA，BHL-Brazile，BHL-Egypt，BHL-AU，BHLEU，BHL-SA與BHL-China7個節(jié)點(diǎn)。旨在通過與BHL合作，聯(lián)合其他生物學(xué)研究（院）所，共同建立BHL-China網(wǎng)絡(luò)平臺，對重要生物多樣性（前期重點(diǎn)是植物學(xué)）文獻(xiàn)進(jìn)行全面收集、掃描、重要生物學(xué)信息提取和系統(tǒng)整理，建立可供查詢的我國生物多樣性信息咨詢和交流的網(wǎng)絡(luò)平臺，同時開發(fā)各類API接口，為生物多樣性（包括EOL中國節(jié)點(diǎn)、CVH等）及其他相關(guān)領(lǐng)域研究提供文獻(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)。

中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫（www.botanica.cn）由昆明植物研究所、植物所、武漢植物園和華南植物園聯(lián)合建設(shè)，以中國高等植物為核心，采集、集成、整合現(xiàn)有的各相關(guān)數(shù)據(jù)庫，共涉及高等植物約300余科3400余屬31000余種，其數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：植物物種的標(biāo)準(zhǔn)名稱、基本信息、系統(tǒng)分類學(xué)信息、生態(tài)信息、生理生化性狀描述信息、生境與分布信息、文獻(xiàn)信息、圖譜圖片、微結(jié)構(gòu)和染色體等信息。

2.2 圖像類信息平臺

中國自然標(biāo)本館（www.cfh.ac.cn）自2008年2月上線至今不斷開發(fā)新功能。目前實(shí)現(xiàn)了生物多樣性名稱與分類系統(tǒng)管理、便捷的物種鑒定、野外調(diào)查數(shù)據(jù)的自動化整理整合與編目、個性化的功能聚合與服務(wù)等功能體系，在基本的生物多樣性信息服務(wù)之余，將致力于為以下工作提供信息化平臺支持：1）個人生物多樣性數(shù)據(jù)的整理和組織；2）野外生物多樣性的調(diào)查、編目與變化監(jiān)測；3）以生物類群、地理區(qū)域或項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)等為組織特征的生物多樣性資料及相關(guān)事物管理信息化。

中國植物圖像庫（www.plantphoto.cn）中國科學(xué)院植物研究所在植物標(biāo)本館設(shè)立的專職植物圖片管理機(jī)構(gòu)。主要建設(shè)目的在于系統(tǒng)收集、整理并長效保存植物照片、底片、幻燈片、數(shù)碼圖片源文件及其他植物學(xué)科相關(guān)影像的原始文件及拷貝，建立植物圖像庫。目前已經(jīng)收錄植物原始圖片、蕨類植物等野生植物圖片1689122幅，18096種3267屬411科，在科學(xué)研究、科普教育、圖書出版、經(jīng)濟(jì)社會服務(wù)等方面產(chǎn)生了明顯的建庫效應(yīng)。

2.3 標(biāo)本類信息平臺

中國數(shù)字植物標(biāo)本館（www.cvh.org.cn）是在科技部“國家科技基礎(chǔ)條件平臺”項(xiàng)目資助下建立的，其宗旨是為用戶提供一個方便快捷獲取中國植物標(biāo)本及相關(guān)植物學(xué)信息的電子網(wǎng)絡(luò)平臺。目前CVH網(wǎng)站包含數(shù)據(jù)庫20余個，數(shù)據(jù)量達(dá)3.3TB，15家植物標(biāo)本館的331萬份標(biāo)本，其中167萬份帶照片，180萬份含空間信息。

中國科學(xué)院植物研究所植物標(biāo)本館（http:// pe.ibcas.ac.cn）館藏植物標(biāo)本約有260余萬號，其中包括18萬號蕨類植物標(biāo)本，20萬號苔蘚標(biāo)本。此外還有8萬號種子標(biāo)本和7萬號植物化石標(biāo)本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，館藏標(biāo)本含蓋了已經(jīng)完成的80卷126冊的巨著《中國植物志》中所記載的全部中國高等植物中約為80%的苔蘚類、95%的蕨類和80%的種子植物；此外，本館還妥善保存著17000余份模式標(biāo)本，這些模式標(biāo)本分別涉及到已經(jīng)發(fā)表的6000余個分類群。

3．存在問題分析

盡管我國政府部門和科研機(jī)構(gòu)在逐步加強(qiáng)生物多樣性信息平臺建設(shè)和應(yīng)用，但是現(xiàn)有平臺與發(fā)達(dá)國家相關(guān)平臺相比還存在一定的差距，同時在支撐生物多樣性保護(hù)和科研等實(shí)際需求方面也存在較大不足，主要表現(xiàn)如下：

一是國家或行業(yè)層面的生物多樣性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)有生物多樣性元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)入庫等，大都根據(jù)某一項(xiàng)目特點(diǎn)和具體需求開展，常常出現(xiàn)同一數(shù)據(jù)內(nèi)容的命名和格式不一致，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以共享和應(yīng)用，進(jìn)而也造成部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù)采集和入庫。因此，急需加強(qiáng)生物多樣性數(shù)據(jù)方面標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究和建設(shè)。

二是當(dāng)前主要的生物多樣性信息門戶資源整合不夠。目前各類生物多樣性信息系統(tǒng)都依賴相同的基層數(shù)據(jù)，但這些系統(tǒng)資源整合度極低。表現(xiàn)在垂直應(yīng)用系統(tǒng)相互獨(dú)立，橫向上各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不能共享，導(dǎo)致數(shù)據(jù)多頭采集、重復(fù)采集，加重工作負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)有的各

個信息平臺的數(shù)據(jù)都是因?yàn)楦髯缘男枨蠛脱芯糠较虿煌M(jìn)行收集和匯總的，單純的從別的平臺獲取物種信息，必然會出現(xiàn)信息不對口，想要的數(shù)據(jù)項(xiàng)沒有或不公開等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致各個平臺自己收集自己的數(shù)據(jù)，使得全國物種的數(shù)據(jù)越來越龐大，但冗余的信息越來越多。長此以往，會出現(xiàn)物種數(shù)據(jù)的重復(fù)使用率降低，數(shù)據(jù)更新?lián)Q代頻次越來越頻繁，導(dǎo)致過往的勞動成果只能用于一時，數(shù)據(jù)的生命周期過于短暫。

同時，各個平臺系統(tǒng)所采用的技術(shù)也各不相同，數(shù)據(jù)庫格式也會各式各樣，就算可以使用別的平臺的物種數(shù)據(jù)為己所用，也會出現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)更新等一系列的技術(shù)問題，大大降低了各個平臺之間數(shù)據(jù)相互復(fù)用的機(jī)率。

4．下一步工作建議

生物多樣性信息化的意義不應(yīng)該僅僅停留在科研機(jī)構(gòu)，而要從政府出發(fā)，充分利用管理職能，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，構(gòu)建權(quán)威信息平臺，解決現(xiàn)有平臺建設(shè)中長期存在的信息雜亂、條塊分割等問題，有效地銜接政府與科研機(jī)構(gòu)之間的管理和服務(wù)。

一是打牢物種信息化基礎(chǔ)。建立健全生物物種信息數(shù)據(jù)庫，是下一步全面推進(jìn)和提升生物多樣性工作的基礎(chǔ)。

以中科院權(quán)威物種編目為基礎(chǔ)，加強(qiáng)物種核心數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，分析和整理數(shù)據(jù)類型、特點(diǎn)和信息特征，梳理生物物種數(shù)據(jù)模型，最大范圍地涵蓋物種基本信息和應(yīng)用信息，保持更新和維護(hù)數(shù)據(jù)信息，保證數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性和權(quán)威性，從而瓦解數(shù)據(jù)雪球越滾越大、越滾越雜的局面，為生物多樣性信息平臺提供一套較為全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，。

二是建立權(quán)威管理信息平臺，整合已有資源。加強(qiáng)現(xiàn)有科研類信息平臺對政府管理工作、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等的支持，應(yīng)當(dāng)借助相對完善的已有信息數(shù)據(jù)庫，通過充分挖掘數(shù)據(jù)資源，整合已有物種信息資源，為我國的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生命科學(xué)研究提供所需的資源基礎(chǔ)信息和相關(guān)內(nèi)容，促進(jìn)我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生物多樣性的有效保護(hù)、合理利用和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略奠定基礎(chǔ)。

三是在信息服務(wù)能力和水平方面，在兼顧數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者和應(yīng)用者的利益等的基礎(chǔ)上，要著力打破在意識和機(jī)制上共享壁壘，建設(shè)多方共贏的數(shù)據(jù)共享環(huán)境。

最后，大數(shù)據(jù)如同浪潮一般席卷全世界，不僅在信息技術(shù)行業(yè)備受矚目，更成為變革科研、商業(yè)、政府運(yùn)作方式乃至改變?nèi)祟愃季S方式的一個熱點(diǎn)。借助大數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以將收集到大量關(guān)于各項(xiàng)生物多樣性指標(biāo)的信息，通過傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和知識挖掘，將有力支撐生物多樣性保護(hù)和持續(xù)利用的科學(xué)決策。

[1] Paton A. 2009, Biodiversity informatics and the plant conservation baseline. Trends in Plant Science, 14, 629–637.

[2] 許哲平，崔金鐘，覃海寧，馬克平，2010,中國生物多樣性e-Science平臺建設(shè)構(gòu)想。生物多樣性，18（5），480-488。

[3] 王利松，陳彬，紀(jì)力強(qiáng)，馬克平，2010，生物多樣性信息學(xué)研究進(jìn)展。生物多樣性，18（5），429-443。

Study on the Current Construction Progress of Species Information Platform

Zheng Mingqing Huang Mingxiang Yu Miao Zeng Jianfeng Sun Qiang
（Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029）

Due to the rapid growth of Information technology and expanding Internet,the collection, storage, submission, search, analysis, dissemination and usage of biodiversity information are getting a revolutionary development. The biodiversity data and its service content aregradual shifting from single species database construction to interdisciplinary and comprehensive information service platform. This study introduced the current construction progress of major domestic and foreign biodiversity information platform. Then the existing problems of China’s species information platform were summarized. Finally, some suggestions were proposedto further improve future application of biodiversity information in China.

biodiversity information, database, platform, information technology

X21

A

1674-6252（2014）05-0040-04

*通訊作者